CN108339397A - 一种工业硅矿热炉烟气脱硝*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，包括余热锅炉和SCR反应器；工业硅矿热炉通过余热锅炉与SCR反应器相连接；所述余热锅炉内设置有至少一层换热器；所述SCR反应器的后方设置有至少一层换热器。本发明解决了现有工业硅矿热炉烟气SCR脱硝的合适温度区间的问题，不仅实现了工业硅矿热炉烟气脱硝，保证了工业硅矿热炉烟气达标排放，同时又不降低现有余热锅炉的热效率。

Description

一种工业硅矿热炉烟气脱硝***

技术领域

本发明涉及工业硅矿热炉烟气脱硝技术领域，尤其是涉及一种工业硅矿热炉烟气脱硝***。

背景技术

目前国内工业硅矿热炉烟气还没有成熟的脱硝技术，由于工业硅矿热炉特有的烟气特性，一般火电锅炉和工业锅炉上应用的成熟脱硝技术（如选择性非催化还原SNCR工艺和选择性催化还原SCR工艺）均不能直接转用到工业硅矿热炉烟气脱硝上。主要原因有：一是工业硅矿热炉烟气温度低，且极不稳定，变化幅度大，没有适于常规SNCR和SCR脱硝工艺的稳定的反应温度区间，其中SCR脱硝工艺所需的反应温度区间为300℃－400℃，SNCR脱硝工艺所需的反应温度区间高于800 ℃。工业硅矿热炉出口烟气温度随窑内物料多少和物料反应进程频繁变化，低时达400℃，高时可达1000 ℃以上。最新的工业硅矿热炉后设置有余热锅炉，余热锅炉内设置有多层换热器，其换热器包括蒸发器和省煤器，以回收烟气热量，可用于进行发电或其他工业或民用，经余热锅炉出来后的烟气再经除尘和脱硫后排放，其中余热锅炉出口烟气的温度低于150℃。原先环保要求中没有要求工业硅矿热炉烟气脱硝，但近年环保要求不断地提高，各地纷纷提出对这种烟气进行脱硝的要求。从上面的分析可知，余热锅炉内烟气温度大部分时段低于SNCR脱硝工艺所需的800℃，故单纯采用SNCR脱硝工艺时，脱硝效率极不稳定，喷入烟气中的脱硝还原剂（尿素或氨水）不但不反应脱硝，还会随烟气排出产生二次污染，并对后续炉内和炉后设旋造成危害。余热锅炉后烟气温度又低于SCR脱硝工艺所需的300℃－400℃，已不适合采用常规SCR脱硝工艺进行烟气脱硝。如采用现在还不是很成熟的低温脱硝催化剂，一是催化剂需求数量巨大，二是该催化剂价格极高，使整个工程投资非常惊人，公司难以接受。如果在布袋除尘后进行化学氧化脱硝，又存在脱硝效果不高，不能稳定达标排放和运行成本极高的问题，其中强氧化剂氧化NOx的同时还会氧化烟气中的Sox和其他还原性物质，故氧化剂消耗非常大，造成运行成本奇高，公司难以接受；同时还易产生二次污染，故该方法至今并未得到环保部门的认可和推广。

工业硅矿热炉烟气脱硝难的另一个原因是该烟气中烟尘浓度高，且硬度高，磨蚀性高，还含有粘性物质，易板结堵塞SCR脱硝催化剂。现有工业硅生产原料中有硅矿石、煤炭、石油焦和木片等，其中石油焦受热易产生焦油等粘性物质，而且该烟气中烟尘浓度高，可达8－15g/m3，易使烟尘在脱硝催化剂层形成板结，堵塞催化剂细小的孔洞和通道，使脱硝装置不能正常运行，同时烟气中的碱金属和碱土金属成份也会对脱硝催化剂造成危害。

正因为目前国内还没有工业硅矿热炉烟气脱硝的有效办法，至使国内所有工业硅生产单位都还没有建设烟气脱硝装置，每年排放大量NOx污染物，对环境造成极大危害，不利于我国治污减排的大政方针。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供了一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，本发明解决了现有工业硅矿热炉烟气SCR脱硝的合适温度区间的问题，不仅实现了工业硅矿热炉烟气脱硝，保证了工业硅矿热炉烟气达标排放，同时又不降低现有余热锅炉的热效率。具体方案如下：一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，包括余热锅炉和SCR反应器；工业硅矿热炉通过余热锅炉与SCR反应器相连接；所述余热锅炉内设置有至少一层换热器；所述SCR反应器的后方设置有至少一层换热器。

本发明将现有余热锅炉内的部分换热器移动至SCR反应器后方，以提高经余热锅炉内换热器换热后出来的烟气温度。其中经余热锅炉内换热器换热后出来的烟气温度存在两种情形：一、烟气温度满足SCR脱硝所需的反应温度300℃-400℃，余热锅炉外侧无需设置旁通支管。二、烟气温度低于SCR脱硝所需的反应温度300℃，进一步地，所述余热锅炉内位于至少一层换热器的上方和下方通过旁通支管相连通；在旁通支管的作用下，将余热锅炉内上方的少量高温烟气引至余热锅炉出口前，以使得余热锅炉出口烟气的温度提升至300℃以上，从而满足SCR脱硝所需的反应温度300℃-400℃。

本发明工业硅矿热炉烟气经余热锅炉内换热器换热，以回收烟气热量后，经SCR反应器进行脱硝反应，再经SCR反应器后方的换热器继续换热，以回收烟气热量。本发明不仅实现了工业硅矿热炉烟气脱硝，保证了工业硅矿热炉烟气达标排放，同时又不降低现有余热锅炉的热效率，且本发明脱硝***最终出来的烟气温度恢复至改造前的温度值，不会对后续烟气处理设施造成危害。

进一步地，还包括换热面除灰装置，所述换热面除灰装置包括钢珠提升机、钢珠抛洒装置和钢珠收集装置；所述余热锅炉内位于至少一层换热器的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置和钢珠收集装置；所述SCR反应器后方的至少一层换热器的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置和钢珠收集装置；所述钢珠收集装置通过钢珠提升机与所述钢珠抛洒装置相连接。本发明通过钢珠抛洒装置将大量小钢珠从余热锅炉上方均匀抛下，钢珠依次跌落打击余热锅炉内换热器的换热面，使硅粉不能在换热面上沉积板结，而随烟气排出余热锅炉，同时除灰钢珠通过钢珠收集装置进行收集，收集的除灰钢珠再通过钢珠提升机重新输送至余热锅炉的上方，再一次均匀抛洒，依次跌落在换热器的换热面上进行除灰，如此往复循环。另外，拆移至SCR反应器后方的换热器，同样通过换热面除灰装置进行换热面除灰处理。

进一步地，还包括旋风除尘装置，所述旋风除尘装置包括多个彼此相连的旋风筒、与起始端旋风筒连通的除尘进口烟道和烟气排出管、与末端旋风筒连通的灰斗以及连通多个旋风筒的连接管；所述除尘进口烟道与所述余热锅炉相连接；所述烟气排出管与所述SCR反应器相连接；多个彼此相连的旋风筒切向连接；所述除尘进口烟道呈切向布置。

连接管设置于旋风筒的顶端中心位置，起始端旋风筒处设置连接主管，其它旋风筒顶端为连接支管，连接支管与连接主管连通，将其内烟气通过连接管运送至起始端旋风筒内。

本发明在旋风除尘装置的作用下，实现了SCR反应器进行烟气脱硝前的预处理，有效分离烟气中的大颗粒杂质物质，且起到熄火作用，让带火星的尘粒在此被分离出来，以从旁边的灰斗熄灭火星后排出，同时减少烟气杂质对SCR反应器内催化剂的磨损以及烟气在催化剂表面的沉积板结、堵塞等问题，提高催化剂的使用寿命和使用效果。

多个彼此相连的旋风筒切向连接。切向连接是指：烟气进入上一级旋风筒内后，在动力作用下，沿旋风筒筒壁旋转，颗粒较大的杂质在离心力作用下甩出气流中心，沿旋风筒壁运动，筒壁附近带颗粒气流运动一定距离后，运动至上一级旋风筒与下一级旋风筒的连接处间隙，此时，带有大颗粒杂质的烟气通过切向运动至下一级旋风筒内，并在下一级旋风筒内沿筒壁相对运动，其运动方向相对于上一级旋风筒内烟气的运动方向相反。

旋风筒的数量为两个或两个以上，当旋风筒数量为两个时，其中一个为主旋风筒，另一个为副旋风筒。进口烟道与起始端旋风筒即主旋风筒连通，烟气通过进口烟道进入主旋风筒内，末端旋风筒即副旋风筒连接至主旋风筒的1/2至3/4周长处，烟气沿主旋风筒壁旋转，期间大颗粒杂质在离心力作用下甩出至靠近主旋风筒壁处，运动至与副旋风筒连接处时，大颗粒杂质烟气通过连接处间隙进入副旋风筒内，并最终落入灰斗收集，并通过与灰斗连通的排灰管排出单独收集、回用或另行处置。

旋风筒之间的连接处间隙宽度根据实际需要分离的烟气中预处理除杂颗粒的尺寸大小、烟气流量及粉尘浓度等情况不同而实际确定，以能够在合理的能耗范围内分离除去较大杂质颗粒为准。

进一步，多个彼此相连的旋风筒筒径不同，且下一级旋风筒筒径小于上一级旋风筒筒径。

进一步，所述灰斗为锥形，其大开口端连接末端旋风筒，小开口端连接排灰管口。

末端旋风筒烟气在驱动力作用下，大颗粒落入灰斗后，通过排灰管收集，其中气流旋流到灰斗后，碰到锥形灰斗壁后折返向上运动，从末端旋风筒中心部向上进入连接管而回流至起始端旋风筒的上部中心位置，并流出至起始端旋风筒，与起始端旋风筒分离后的烟气一起经烟气排出管排出至SCR反应器内。

进口烟道呈切向布置，余热锅炉出来的烟气切向高速进入起始端旋风筒内，并在驱动力作用下顺势沿起始端旋风筒内壁旋转。

进一步，所述旋风除尘装置的外壁加装保温材料层，使得烟气经除尘处理后，有效避免烟气除尘过程中热量的散失，利于热量的回收，同时保证SCR反应器进行的脱硝处理有效进行。

进一步地，还包括位于SCR反应器内的防磨防堵装置，所述防磨防堵装置包括模框和陶瓷层；最上层催化剂层和陶瓷层均安装于模框内，且陶瓷层位于最上层催化剂层的上方，所述陶瓷层由均匀分布的若干蜂窝陶瓷块组成，若干蜂窝陶瓷块与最上层催化剂层上的各催化剂元件位置一一对齐。

本发明烟气经蜂窝陶瓷块整流成垂直向下的分股气流后垂直进入最上层催化剂层，其烟气中的粘性粉尘首先被蜂窝陶瓷块阻隔吸附，与烟尘在陶瓷块上积聚并形成垢层，以减轻高硬度硅粉对催化剂造成的冲涮和磨损，从而起到催化剂防磨作用。

进一步地，蜂窝陶瓷块在模框内活动式铺装，可自由取出或重新拼装。每个蜂窝陶瓷块可单独取出清洗或更换。长期使用时，会有部分粉尘板结堆积于网状陶瓷块表面，此时，可将堆积严重影响使用的部分网状陶瓷块单独取出，替换干净的同规格网状陶瓷块，继续脱硝净化，同时对卸下的板结网状陶瓷块进行浸泡、冲洗或清洗后备用。当板结后阻力升高过多时，可将蜂窝陶瓷块逐一取出，更换备用的陶瓷块继续运行。换出的蜂窝陶瓷块可经浸泡、吹扫、冲洗等措施人工清除垢层后备用，下次又可换入模框内重新使用，替换模框内堵塞的陶瓷层。如此循环往复，即可保证催化剂不被粘性粉尘堵塞。

进一步地，蜂窝陶瓷块的材质为耐磨陶瓷，其强度远高于催化剂，其耐磨性也远高于催化剂，以提高蜂窝陶瓷块的使用寿命。

进一步地，蜂窝陶瓷块之间通过密封条固定密封，以使得烟气必须经过蜂窝陶瓷块后才能进入最上层催化剂层。

进一步，所述密封条为耐高温材料制成。由于SCR脱硝反应需要具有较高的温度，密封条为耐高温材质，可以避免其在使用过程中因烟气温度过高而造成的融化、老化等，延长密封条的使用寿命。

进一步，所述密封条为柔性密封条。柔性使密封条具有一定的可压缩性能，使蜂窝陶瓷块之间的接触更为紧密。

进一步地，还包括热空气吹灰装置，所述热空气吹灰装置包括空压机、压缩空气储罐、阀门、设置于SCR反应器出口烟道内的加热盘管，以及位于SCR反应器催化剂层上方的吹灰器；所述空压机、压缩空气储罐、加热盘管、阀门和吹灰器依次相连接。

本发明空压机将空气加压处理后得到压缩空气，压缩空气进入压缩空气储罐内储存缓冲，后压缩空气由压缩空气储罐进入位于SCR反应器出口烟道内的加热盘管，在出口烟道内热烟气的作用下，对加热盘管内的压缩空气进行加热以得到热气，热气经阀门后从吹灰器内喷出，并喷向催化剂层，以在吹灰器的作用下对催化剂层进行吹扫清理，确保催化剂的正常使用并延长催化剂的使用寿命。因此本发明能有效地去除堵塞及粘结在催化剂表面的灰尘及粘性物质,从而保证催化剂的正常使用,确保烟气中的NOx达标排放，有效地解决了烟气中大量的灰尘及粘性物质带来的催化剂堵塞及失活的问题。

本发明将压缩空气加热后再通过吹灰器喷向催化剂层，防止了低温空气突然喷到高温的催化剂上造成催化剂损坏，以及压缩空气凝结水沾湿粘性粉尘在催化剂上形成板结层。

本发明利用原有窑炉的热烟气作为热源对加热盘管内的压缩空气进行加热，无需给加热盘管配备其他的热源，节约能源，绿色环保，实现了能源的有效利用，同时降低了成本的投入，也减化了本发明吹灰装置的结构。

进一步地，所述加热盘管呈蛇形结构或S型结构，以实现加热盘管加热路径的加长，以保证压缩空气在SCR反应器出口烟道内充分加热，从而保证吹灰器喷向催化剂层的热气的温度符合要求。

进一步地，所述阀门包括第一阀门和第二阀门，吹灰时，所述第一阀门保持常开。

进一步地，所述第一阀门为手动阀门；所述第二阀门为电动阀门或气动阀门。方便实现第二阀门的自动化开启和关闭。

进一步地，所述空压机通过过滤装置与所述压缩空气储罐相连接。本发明通过过滤装置实现对压缩空气的过滤作用，以去除压缩空气中的油、水等杂质，从而得到洁净的压缩空气，使得吹灰器喷向催化剂层上的热气为洁净的热气，从而避免造成催化剂层二次污染。

进一步地，每层所述催化剂层的上方均对应有所述吹灰器。当对应某层的催化剂层需吹扫处理时，开启对应的阀门。其中最上层催化剂层上方的吹灰器位于陶瓷层的上方，由于陶瓷层可承受更高强度的吹扫气流，因而可提高吹灰器吹灰介质压力和气流速度，提高吹灰效果。

进一步地，每二层催化剂层之间安装压力检测仪器，以定期进行往复高压吹扫，防止灰尘在催化剂层上积聚时间过长形成板结。

进一步地，所述SCR反应器内在位于防磨防堵装置的上方布置有整流器，使烟气均匀垂直地进入催化剂层。

进一步地，SCR反应器及其进出口烟道进行严格保温，以减小表面热损失，保证余热锅炉的热效率不过多降低。

进一步地，催化剂采用钒系蜂窝催化剂，以模块化进行布置和安装。催化剂采用多层布置，根据初始浓度和治理要求一般采用2+1层或3+1层的布置方式，先期投用2层或3层，备用1层，在催化剂活性下降时或环保治理要求进一步提高时，备用层加装上催化剂，即可保证更高的脱硝效率。

进一步地，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括液氨储罐、蒸氨器、氨气缓冲罐、氨气计量器、稀释风机、氨空混合器、加热器和设置在连通余热锅炉和SCR反应器的进口烟道内的喷氨格栅；所述液氨储罐、蒸氨器、氨气缓冲罐、氨气计量器和氨空混合器依次相连接；所述稀释风机通过加热器与所述氨空混合器相连接；所述氨空混合器与所述喷氨格栅相连接。此采用液氨作为SCR反应器内的脱硝还原剂，首先液氨储存于液氨储罐内，后由液氨储罐内压力将液氨压至蒸氨器内，经蒸氨器蒸发成气态氨，气态氨经氨气缓冲罐和氨气计量器控制流量后送至氨空混合器。同时稀释风机抽取自然空气经加热器加热后，在氨空混合器中与气态氨混合均匀，再经喷氨格栅喷入连通余热锅炉与SCR反应器的进口烟道内，并与烟气充分混合后一起进入后续的SCR反应器进行脱硝反应，实现烟气NOx达标排放。

此还可采用氨水作为SCR反应器内的脱硝还原剂，将质量浓度为20%或25%的氨水储存于氨水储罐内，后由氨水泵抽至氨蒸发器，通过蒸汽或电加热将氨蒸发出来，蒸发出来的气态氨经氨气缓冲罐和氨气计量器控制流量后送至氨空混合器，后续装置和过程同上述的采用液氨作脱硝还原剂时的装置和过程。

进一步地，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器、喷枪、尿素热解器、稀释风机、加热器和设置在连通余热锅炉和SCR反应器的进口烟道内的喷氨格栅；所述尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器、喷枪和尿素热解器依次相连接；所述稀释风机通过加热器与所述尿素热解器相连接；所述尿素热解器与所述喷氨格栅相连接。此采用尿素溶液作为SCR反应器内的脱硝还原剂，在尿素溶解罐将尿素颗粒经软化水加热溶解成质量浓度为50%左右的尿素溶液，后经输送泵转存到尿素溶液储罐内备用，经尿素溶液加压循环器加压、稳压，以及尿素溶液计量分配器分配计量后，再经喷枪喷入尿素热解器。此时稀释风机抽取自然空气经加热器加热成热空气后进入尿素热解器，尿素在热空气的作用下热解成氨气，热解后的含氨混合气体经喷氨格栅喷入连通余热锅炉与SCR反应器的进口烟道内，并与烟气充分混合，随烟气一起进入后续的SCR反应器进行脱硝反应，实现烟气NOx达标排放。

进一步地，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器和喷枪；所述旁通支管上设置有尿素热解器；所述尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器、喷枪和尿素热解器依次相连接。此采用尿素溶液作为SCR反应器内的脱硝还原剂，在尿素溶解罐将尿素颗粒经软化水加热溶解成质量浓度为50%左右的尿素溶液，后经输送泵转存到尿素溶液储罐内备用，经尿素溶液加压循环器加压、稳压，以及尿素溶液计量分配器分配计量后，再经喷枪喷入尿素热解器，此时余热锅炉上方经旁通支管引出的600℃以上的高温烟气进入尿素热解器，以将尿素热解成氨气，热解后的含氨混合气体进入连通余热锅炉和SCR反应器的进口烟道内，并与烟气充分混合，随烟气一起进入后续的SCR反应器进行脱硝反应，实现烟气NOx达标排放。此省去了稀释风机和加热器，结构更简化，同时节约了能源。

进一步地，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量器、尿素水解器、氨气缓冲罐、氨气计量器、稀释风机、加热器、氨空混合器、设置在连通余热锅炉和SCR反应器的进口烟道内的喷氨格栅；所述尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量器、尿素水解器、氨气缓冲罐、氨气计量器和氨空混合器依次相连接；所述稀释风机通过加热器与所述氨空混合器相连接；所述氨空混合器与所述喷氨格栅相连接。此采用尿素溶液作为SCR反应器内的脱硝还原剂，在尿素溶解罐将尿素颗粒经软化水加热溶解成质量浓度为50%左右的尿素溶液，后经输送泵转存到尿素溶液储罐内备用，经尿素溶液加压循环器加压、稳压，以及尿素溶液计量器计量后送至尿素水解器中，经蒸汽加热在高温和较高压力下将尿素水解成氨气和二氧化碳，经水解后的气体经氨气缓冲罐缓冲和氨气计量器计量后送至氨空混合器。同时稀释风机抽取自然空气经加热器加热后，在氨空混合器中与氨气混合均匀，再经喷氨格栅喷入连通余热锅炉与SCR反应器的进口烟道内，并与烟气充分混合后一起进入后续的SCR反应器进行脱硝反应，实现烟气NOx达标排放。

进一步地，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器和喷枪；所述喷枪的喷嘴设置在连通工业硅矿热炉和余热锅炉的进口烟道内；所述尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器和喷枪依次相连接。此采用尿素溶液作为SCR反应器内的脱硝还原剂，在尿素溶解罐将尿素颗粒经软化水加热溶解成质量浓度为50%左右的尿素溶液，后经输送泵转存到尿素溶液储罐内备用，经尿素溶液加压循环器加压、稳压，以及尿素溶液计量分配器分配计量后，再经喷枪喷入连通工业硅矿热炉和余热锅炉的进口烟道内，并与高温烟气混合后进入余热锅炉内，当余热锅炉的进气烟气高于800℃时，这时的NOx初始浓度也是高于平时很多，此时尿素先热解成氨分子后与烟气中的NOx直接发生SNCR脱硝反应，超达50%左右的脱硝效率，降低了高温时段的NOx初始浓度，降低后续SCR脱硝反应的负荷，保证脱硝效果，确保烟气达标排放，同时还可延长SCR反应器内催化剂的使用寿命。其中在余热锅炉内未反应完全的氨和NOx随烟气流经SCR反应器的催化剂时，在300℃－400℃温度区间内，继续发生SCR脱硝反应。此实现了SNCR和SCR的组合脱硝，使得脱硝效率可达99%，排气中NOx降到100mg/Nm3甚至50 mg/Nm3以下，达到国家或地方的排放标准。

本发明的有益效果：

1、本发明解决了现有工业硅矿热炉烟气SCR脱硝的合适温度区间的问题，不仅实现了工业硅矿热炉烟气脱硝，保证了工业硅矿热炉烟气达标排放，同时又不降低现有余热锅炉的热效率，且本发明脱硝***最终出来的烟气温度恢复至改造前的温度值，不会对后续烟气处理设施造成危害。

2、本发明通过旋风除尘装置实现了SCR反应器进行烟气脱硝前的预处理，有效分离烟气中的大颗粒杂质物质，且起到熄火作用，让带火星的尘粒在此被分离出来，同时减少烟气杂质对SCR反应器内催化剂的磨损以及烟气在催化剂表面的沉积板结、堵塞等问题，提高催化剂的使用寿命和使用效果。

3、本发明烟气首先经蜂窝陶瓷块整流成垂直向下的分股气流后再垂直进入SCR反应器内的催化剂层，其烟气中的粘性粉尘首先被蜂窝陶瓷块阻隔吸附，以减轻高硬度硅粉对催化剂造成的冲涮和磨损，解决了烟气中灰尘和粘性物质量大给催化剂正常使用带来的堵塞和失活问题，确保催化剂的正常使用并延长催化剂的使用寿命，提高SCR脱硝效率。其中蜂窝陶瓷块可单独拆卸清洗更换，能循环使用。因此本发明防磨防堵装置结构简单、设计巧妙、一次性投资小、运行维护简单，使用寿命长，使用寿命长达15年以上。

4、本发明实现了SNCR和SCR的组合脱硝，首先在余热锅炉内先通过SNCR反应先去除部分NOx，降低了高温时段的NOx初始浓度，同时降低了后续SCR脱硝反应的负荷，保证脱硝效果，并延长脱硝催化剂使用寿命，其中在余热锅炉内未反应完全的氨和NOx随烟气流经SCR反应器，继续发生SCR脱硝反应。如此使得脱硝效率可达99%，排气中NOx降到100mg/Nm3甚至50 mg/Nm3以下，达到国家或地方的排放标准。

5、本发明的脱硝***还可用于多种带余热锅炉的窑炉烟气脱硝，如玻璃窑、陶瓷窑、水泥旋窑、火法冶炼窑、焚烧窑等，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明脱硝***示意图一；

图2为本发明脱硝***示意图二；

图3为本发明脱硝***示意图三；

图4为本发明旋风除尘装置的结构示意图；

图5为图4的A-A截面示意图；

图6为图5中主旋风筒与副旋风筒连接处的放大示意图；

图7为本发明防磨防堵装置的结构示意图；

图8为图7的B-B截面示意图；

图9为图2中旋风除尘装置、SCR反应器和热空气吹灰装置的装配示意图；

图10为本发明液氨或氨水作脱硝还原剂的结构示意图；

图11为本发明尿素热解进行脱硝的结构示意图；

图12为本发明尿素高温烟气热解进行脱硝的结构示意图；

图13为本发明尿素水解进行脱硝的结构示意图；

图14为本发明SNCR+SCR组合脱硝的结构示意图。

上述附图标记：

1工业硅矿热炉，2余热锅炉，3旁通支管，4蒸发器，5旋风除尘装置，6 SCR反应器，7导流片，8整流器，9吹灰器，10催化剂层，11省煤器，12空压机，13过滤装置，14压缩空气储罐，15加热盘管，16出口烟道，17第一阀门，18第二阀门，17第一阀门，19稀释风机，20加热器，21氨空混合器，22喷氨格栅，23液氨储罐，24蒸氨器，25氨气缓冲罐，26氨气计量器，27喷枪，28尿素热解器，29尿素溶解罐，30输送泵，31尿素溶液储罐，32尿素溶液加压循环器，33尿素溶液计量分配器，34尿素溶液计量器，35尿素水解器，36模框，37蜂窝陶瓷块，38 钢珠提升机，39钢珠收集装置，40 钢珠抛洒装置，，5-1除尘进口烟道，5-2主旋风管，5-3烟气排出管，5-4、副旋风筒，5-5灰斗，5-6排灰管，5-7连接管。

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

现有余热锅炉2内由上至下设置有五层换热器，其中五层换热器由三层蒸发器4和蒸发器4下方的二层省煤器11组成，本发明对此现有余热锅炉2进行了如下改造：

第一种形式：如图1所示，将二层省煤器11移至SCR反应器6的后方，此时由于高温烟气经三层蒸发器4后其烟气温度低于300℃，此时通过旁通支管3将余热锅炉2内最上层蒸发器4的上方和最下层蒸发器4的下方连通，从而将余热锅炉2内上方的少量高温烟气引至余热锅炉2出口前，以使得余热锅炉2出口烟气的温度提升至300 ℃以上，从而满足SCR脱硝所需的反应温度300℃-400℃。

第二种形式：将最下层蒸发器4和二层省煤器11均移至SCR反应器6的后方。当工业硅矿热炉生产负荷低时，如图2所示，高温烟气经二层蒸发器4后其烟气温度低于300℃，此时通过旁通支管3将余热锅炉2内最上层蒸发器4的上方和中间层蒸发器4的下方连通，从而将余热锅炉2内上方的少量高温烟气引至余热锅炉2出口前，以使得余热锅炉2出口烟气的温度提升至300 ℃以上，从而满足SCR脱硝所需的反应温度300℃-400℃。

当工业硅矿热炉生产负荷高时，高温烟气经二层蒸发器4后其烟气温度高于300℃，适宜进行脱硝反应，此时余热锅炉2外侧无需设置旁通支管3。

第一种形式和第二种形式均还包括有如下结构：

还包括换热面除灰装置，所述换热面除灰装置包括钢珠提升机38、钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39。第一种形式中，所述余热锅炉2内位于三层蒸发器4的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39；所述SCR反应器6后方的二层省煤器11的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39；所述钢珠收集装置39通过钢珠提升机38与所述钢珠抛洒装置40相连接。第二种形式中，所述余热锅炉2内位于二层蒸发器4的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39；所述SCR反应器6后方的一层蒸发器4和二层省煤器11的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39；所述钢珠收集装置39通过钢珠提升机38与所述钢珠抛洒装置40相连接。

还包括旋风除尘装置5，如图4-6所示，所述旋风除尘装置5包括主旋风筒5-2和副旋风筒5-4，主旋风筒5-2内径大于副旋风筒5-4内径，主旋风筒5-2与副旋风筒5-4在主旋风筒5-2窝壳3/4周长位置切线相接，并在相接处错开一定间距的空隙，此空隙的宽度根据实际烟气流量、粉尘浓度和杂质颗粒粒径大小设定。进口烟道5-1设置于主旋风筒5-2窝壳起始位置处，与主旋风筒5-2切向相接。主旋风筒5-2底部连通烟气排出管5-3。主旋风筒5-2和副旋风筒5-4顶端中心通过连接管5-7连通，副旋风筒5-4底部连接灰斗5-5，灰斗5-5为锥形，其大开口端连接副旋风筒5-4，小开口端连接排灰管5-6。

还包括位于SCR反应器6内的防磨防堵装置，如图7-8所示，所述防磨防堵装置包括模框36和陶瓷层；最上层催化剂层10和陶瓷层37均安装于模框36内，且陶瓷层位于最上层催化剂层10的上方，所述陶瓷层37由均布分布的若干蜂窝陶瓷块37组成，若干蜂窝陶瓷块37与最上层催化剂层10上的各催化剂元件位置一一对齐。

所述SCR反应器6内在位于防磨防堵装置的上方布置有整流器8和整流器8上方的导流片7，使烟气均匀垂直地进入催化剂层10。

还包括热空气吹灰装置，如图9所示，所述热空气吹灰装置包括空压机12、过滤装置13、压缩空气储罐14、第一阀门17、第二阀门18、设置于SCR反应器6后方出口烟道16内的加热盘管15，以及位于SCR反应器6催化剂层10上方的吹灰器9；所述空压机12、过滤装置13、压缩空气储罐14、加热盘管15、第一阀门17、第二阀门18和吹灰器9依次相连接。其中第一阀门17为手动阀门，第二阀门18为电动阀门，吹灰装置正常运行时，第一阀门17保持常开。

第一种形式和第二种形式中经余热锅炉2出来的烟气首先在旋风除尘装置5的作用下，分离出大颗粒杂质以及对带火星的尘粒进行熄火，其中经旋风除尘装置5分离出来的大颗粒杂质由主旋风管5-2经连接处间隙进入副旋风管5-4内，最终落入灰斗5-5收集并从排灰管5-6排出。后烟气经导流片7导流、整流器8整流后垂直进入陶瓷层，烟气经蜂窝陶瓷块37整流成垂直向下的分股气流后垂直进入SCR反应器6内的催化剂层10进行脱硝反应，其烟气中的粘性粉尘被蜂窝陶瓷块37阻隔吸附，经脱硝反应后烟气再经SCR反应器6后方的二层省煤器11，或者一层蒸发器4和二层省煤器11换热，以回收热量后，从SCR反应器6后方的出口烟道16排出，以进入后续的烟气处理设施。其中热空气吹灰装置定期对每层催化剂层10进行吹灰，以保证脱硝效率。同时通过换热面除灰装置对余热锅炉2内的三层蒸发器4进行除灰处理，以及对SCR反应器6后方的二层省煤器11进行除灰处理，或者通过换热面除灰装置对余热锅炉2内的二层蒸发器4进行除灰处理，以及对SCR反应器6后方的一层蒸发器4和二层省煤器11进行除灰处理。

第三种形式：如图3所示，将中间层蒸发器和最下层蒸发器以及二层省煤器均移至SCR反应器的后方，此时高温烟气经一层蒸发器后其烟气温度满足SCR脱硝所需的反应温度300℃-400℃。此形式下SCR反应器可布置在拆移蒸发器4和省煤器11后的原钢框架内，并在余热锅炉2侧边新设钢框架安装拆移后的蒸发器4和省煤器11。SCR反应器6后方出口烟道折向上再进入重新安装的蒸发器4前的烟道，经省煤器11后接后续的引风机和除尘装置。第三种形式还包括热空气吹灰装置和防磨防堵装置，且所述SCR反应器6内在位于防磨防堵装置的上方布置有整流器8，使烟气均匀垂直地进入催化剂层10。其中热空气吹灰装置、防磨防堵装置和整流器8的结构和设置均与第一种形式和第二种形式相同。

第三种形式还包括：还包括换热面除灰装置，所述换热面除灰装置包括钢珠提升机38、钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39。所述余热锅炉2内位于一层蒸发器4的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39，所述钢珠收集装置39通过钢珠提升机38与所述钢珠抛洒装置40相连接。新设钢框架在位于二层蒸发器4和二层省煤器11的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39，所述钢珠收集装置39通过钢珠提升机38与所述钢珠抛洒装置40相连接。

第三种形式中经余热锅炉2一层蒸发器4换热后出来的烟气首先经整流器8整流后垂直进入陶瓷层，烟气经蜂窝陶瓷块37整流成垂直向下的分股气流后垂直进入SCR反应器6内的催化剂层10进行脱硝反应，其烟气中的粘性粉尘被蜂窝陶瓷块37阻隔吸附，经脱硝反应后烟气再经SCR反应器6后方的二层蒸发器4和二层省煤器11换热，以回收热量后排出，以进入后续的烟气处理设施。其中热空气吹灰装置定期对每层催化剂层10进行吹灰，以保证脱硝效率。同时通过换热面除灰装置对余热锅炉2内的一层蒸发器4进行除灰处理，以及对SCR反应器6后方的二层蒸发器4和二层省煤器11进行除灰处理。

所述SCR反应器6后方的二层省煤器11的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39；所第二种形式中，所述余热锅炉2内位于二层蒸发器4的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39；所述SCR反应器6后方的一层蒸发器4和二层省煤器11的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置40和钢珠收集装置39；所述钢珠收集装置39通过钢珠提升机38与所述钢珠抛洒装置40相连接。

本发明以第二种形式中工业硅矿热炉低负荷生产为例来说明本发明采用不同脱硝还原剂时，其还原剂制备装置的结构形式及工艺流程如下：

实施例一：如图10所示，还原剂制备装置包括液氨储罐23、蒸氨器24、氨气缓冲罐25、氨气计量器26、稀释风机19、氨空混合器21、加热器20和设置在连通余热锅炉2和SCR反应器6的进口烟道内的喷氨格栅22；所述液氨储罐23、蒸氨器24、氨气缓冲罐25、氨气计量器26和氨空混合器21依次相连接；所述稀释风机19通过加热器20与所述氨空混合器21相连接；所述氨空混合器21与所述喷氨格栅22相连接。

此采用液氨作为SCR反应器6内的脱硝还原剂，首先液氨储存于液氨储罐23内，后由液氨储罐23内压力将液氨压至蒸氨器24内，经蒸氨器24蒸发成气态氨，气态氨经氨气缓冲罐25和氨气计量器26控制流量后送至氨空混合器21。同时稀释风机19抽取自然空气经加热器20加热后，在氨空混合器21中与气态氨混合均匀，再经喷氨格栅22喷入连通余热锅炉2与SCR反应器6的进口烟道内，并与烟气充分混合后一起进入后续的SCR反应器6进行脱硝反应，实现烟气NOx达标排放。

此还可采用氨水作为SCR反应器6内的脱硝还原剂，将质量浓度为20%或25%的氨水储存于氨水储罐内，后由氨水泵抽至氨蒸发器，通过蒸汽或电加热将氨蒸发出来，蒸发出来的气态氨经氨气缓冲罐25和氨气计量器26控制流量后送至氨空混合器21，后续装置和过程同上述的采用液氨作脱硝还原剂时的装置和过程。

实施例二：如图11所示，还原剂制备装置包括尿素溶解罐29、输送泵30、尿素溶液储罐31、尿素溶液加压循环器32、尿素溶液计量分配器33、喷枪27、尿素热解器28、稀释风机19、加热器20和设置在连通余热锅炉2和SCR反应器6的进口烟道内的喷氨格栅22；所述尿素溶解罐29、输送泵30、尿素溶液储罐31、尿素溶液加压循环器32、尿素溶液计量分配器33、喷枪27和尿素热解器28依次相连接；所述稀释风机19通过加热器20与所述尿素热解器28相连接；所述尿素热解器28与所述喷氨格栅22相连接。

此采用尿素溶液作为SCR反应器6内的脱硝还原剂，在尿素溶解罐29将尿素颗粒经软化水加热溶解成质量浓度为50%左右的尿素溶液，后经输送泵30转存到尿素溶液储罐31内备用，经尿素溶液加压循环器32加压、稳压，以及尿素溶液计量分配器33分配计量后，再经喷枪27喷入尿素热解器28。此时稀释风机19抽取自然空气经加热器20加热成热空气后进入尿素热解器28，尿素在热空气的作用下热解成氨气，热解后的含氨混合气体经喷氨格栅22喷入连通余热锅炉2与SCR反应器6的进口烟道内，并与烟气充分混合，随烟气一起进入后续的SCR反应器6进行脱硝反应，实现烟气NOx达标排放。

实施例三：如图12所示，还原剂制备装置包括尿素溶解罐29、输送泵30、尿素溶液储罐31、尿素溶液加压循环器32、尿素溶液计量分配器33和喷枪27；所述旁通支管3上设置有尿素热解器28；所述尿素溶解罐29、输送泵30、尿素溶液储罐31、尿素溶液加压循环器32、尿素溶液计量分配器33、喷枪27和尿素热解器28依次相连接。

此采用尿素溶液作为SCR反应器6内的脱硝还原剂，在尿素溶解罐29将尿素颗粒经软化水加热溶解成质量浓度为50%左右的尿素溶液，后经输送泵30转存到尿素溶液储罐31内备用，经尿素溶液加压循环器32加压、稳压，以及尿素溶液计量分配器33分配计量后，再经喷枪27喷入尿素热解器28，此时余热锅炉2上方经旁通支管3引出的600℃以上的高温烟气进入尿素热解器28，以将尿素热解成氨气，热解后的含氨混合气体进入连通余热锅炉2和SCR反应器6的进口烟道内，并与烟气充分混合，随烟气一起进入后续的SCR反应器6进行脱硝反应，实现烟气NOx达标排放。此省去了实施例二中的稀释风机19和加热器20，结构更简化，同时节约了能源。

实施例四：如图13所示，还原剂制备装置包括尿素溶解罐29、输送泵30、尿素溶液储罐31、尿素溶液加压循环器32、尿素溶液计量器34、尿素水解器35、氨气缓冲罐25、氨气计量器26、稀释风机19、加热器20、氨空混合器21、设置在连通余热锅炉2和SCR反应器6的进口烟道内的喷氨格栅22；所述尿素溶解罐29、输送泵30、尿素溶液储罐31、尿素溶液加压循环器32、尿素溶液计量器34、尿素水解器35、氨气缓冲罐25、氨气计量器26和氨空混合器21依次相连接；所述稀释风机19通过加热器20与所述氨空混合器21相连接；所述氨空混合器21与所述喷氨格栅22相连接。

此采用尿素溶液作为SCR反应器6内的脱硝还原剂，在尿素溶解罐29将尿素颗粒经软化水加热溶解成质量浓度为50%左右的尿素溶液，后经输送泵30转存到尿素溶液储罐31内备用，经尿素溶液加压循环器32加压、稳压，以及尿素溶液计量器34计量后送至尿素水解器35中，经蒸汽加热在高温和较高压力下将尿素水解成氨气和二氧化碳，经水解后的气体经氨气缓冲罐25缓冲和氨气计量器26计量后送至氨空混合器21。同时稀释风机19抽取自然空气经加热器20加热后，在氨空混合器21中与氨气混合均匀，再经喷氨格栅22喷入连通余热锅炉2与SCR反应器6的进口烟道内，并与烟气充分混合后一起进入后续的SCR反应器6进行脱硝反应，实现烟气NOx达标排放。

实施例五：如图14所示，还原剂制备装置包括尿素溶解罐29、输送泵30、尿素溶液储罐31、尿素溶液加压循环器32、尿素溶液计量分配器33和喷枪27；所述喷枪27的喷嘴设置在连通工业硅矿热炉1和余热锅炉2的进口烟道内；所述尿素溶解罐29、输送泵30、尿素溶液储罐31、尿素溶液加压循环器32、尿素溶液计量分配器33和喷枪27依次相连接。

此采用尿素溶液作为SCR反应器6内的脱硝还原剂，在尿素溶解罐29将尿素颗粒经软化水加热溶解成质量浓度为50%左右的尿素溶液，后经输送泵30转存到尿素溶液储罐31内备用，经尿素溶液加压循环器32加压、稳压，以及尿素溶液计量分配器33分配计量后，再经喷枪27喷入连通工业硅矿热炉1和余热锅炉2的进口烟道内，并与高温烟气混合后进入余热锅炉2内，当余热锅炉2的进气烟气高于800℃时，这时的NOx初始浓度也是高于平时很多，此时尿素先热解成氨分子后与烟气中的NOx直接发生SNCR脱硝反应，超达50%左右的脱硝效率，降低了高温时段的NOx初始浓度，降低后续SCR脱硝反应的负荷，保证脱硝效果，确保烟气达标排放，同时还可延长SCR反应器6内催化剂的使用寿命。其中在余热锅炉2内未反应完全的氨和NOx随烟气流经SCR反应器6的催化剂时，在300℃－400℃温度区间内，继续发生SCR脱硝反应。此实现了SNCR和SCR的组合脱硝，使得脱硝效率可达99%，排气中NOx降到100mg/Nm3甚至50 mg/Nm3以下，达到国家或地方的排放标准。

以上五个实施例之间可以灵活地相互套用，以得到其他不同的还原剂制备装置和工艺流程。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，包括余热锅炉和SCR反应器；工业硅矿热炉通过余热锅炉与SCR反应器相连接；所述余热锅炉内设置有至少一层换热器；其特征在于，所述SCR反应器的后方设置有至少一层换热器。

2.根据权利要求1所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，所述余热锅炉内位于至少一层换热器的上方和下方通过旁通支管相连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，还包括换热面除灰装置，所述换热面除灰装置包括钢珠提升机、钢珠抛洒装置和钢珠收集装置；所述余热锅炉内位于至少一层换热器的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置和钢珠收集装置；所述SCR反应器后方的至少一层换热器的上方和下方分别设置有钢珠抛洒装置和钢珠收集装置；所述钢珠收集装置通过钢珠提升机与所述钢珠抛洒装置相连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，还包括旋风除尘装置，所述旋风除尘装置包括多个彼此相连的旋风筒、与起始端旋风筒连通的除尘进口烟道和烟气排出管、与末端旋风筒连通的灰斗以及连通多个旋风筒的连接管；所述除尘进口烟道与所述余热锅炉相连接；所述烟气排出管与所述SCR反应器相连接；多个彼此相连的旋风筒切向连接；所述除尘进口烟道呈切向布置。

5.根据权利要求1或2所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，还包括位于SCR反应器内的防磨防堵装置，所述防磨防堵装置包括模框和陶瓷层；最上层催化剂层和陶瓷层均安装于模框内，且陶瓷层位于最上层催化剂层的上方，所述陶瓷层由均匀分布的若干蜂窝陶瓷块组成，若干蜂窝陶瓷块在模框内活动式铺装，且若干蜂窝陶瓷块与最上层催化剂层上的各催化剂元件位置一一对齐；所述SCR反应器内在位于防磨防堵装置的上方布置有整流器，使烟气均匀垂直地进入催化剂层。

6.根据权利要求1或2所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，还包括热空气吹灰装置，所述热空气吹灰装置包括空压机、压缩空气储罐、阀门、设置于SCR反应器后方出口烟道内的加热盘管，以及位于SCR反应器催化剂层上方的吹灰器；所述空压机、压缩空气储罐、加热盘管、阀门和吹灰器依次相连接。

7.根据权利要求1或2所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括液氨储罐、蒸氨器、氨气缓冲罐、氨气计量器、稀释风机、氨空混合器、加热器和设置在连通余热锅炉和SCR反应器的进口烟道内的喷氨格栅；所述液氨储罐、蒸氨器、氨气缓冲罐、氨气计量器和氨空混合器依次相连接；所述稀释风机通过加热器与所述氨空混合器相连接；所述氨空混合器与所述喷氨格栅相连接。

8.根据权利要求1或2所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器、喷枪、尿素热解器、稀释风机、加热器和设置在连通余热锅炉和SCR反应器的进口烟道内的喷氨格栅；所述尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器、喷枪和尿素热解器依次相连接；所述稀释风机通过加热器与所述尿素热解器相连接；所述尿素热解器与所述喷氨格栅相连接。

9.根据权利要求1或2所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器和喷枪；所述旁通支管上设置有尿素热解器；所述尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器、喷枪和尿素热解器依次相连接。

10.根据权利要求1或2所述的一种工业硅矿热炉烟气脱硝***，其特征在于，还包括还原剂制备装置，所述还原剂制备装置包括尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器和喷枪；所述喷枪的喷嘴设置在连通工业硅矿热炉和余热锅炉的进口烟道内；所述尿素溶解罐、输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液加压循环器、尿素溶液计量分配器和喷枪依次相连接。